堇青石质陶瓷材料具有较低的膨胀系数、较好的热稳定性，在耐火材料、陶瓷催化剂载体、蓄热体及蜂窝陶瓷等领域应用广泛。这类陶瓷是高温除尘、废气处理等环保设备的核心元件，对材料的低热膨胀性能有较高的要求，但是国内生产的堇青石质蜂窝陶瓷由于膨胀系数较高，存在使用寿命短、适用范围窄的缺点。降低堇青石质陶瓷材料膨胀系数，以提高制品综合性能已迫在眉睫。本文首先在堇青石理论组成点附近，分别探索了MgO、Al2O3与 SiO2含量的微量变动对所合成堇青石材料热膨胀系数变化的规律，并研究了高岭土种类、原料煅烧等对合成堇青石性能的影响；在此基础上分别以TiCl4及钛酸铝为添加剂，研究了添加剂含量对合成堇青石膨胀性能的影响；最后以合成的低膨胀钛酸铝-堇青石陶瓷粉体为原料，采用挤压成型的方式制备了大规格蜂窝陶瓷。
本研究主要内容包括：⑴堇青石陶瓷的膨胀系数受组成影响很大，在堇青石晶体理论组成点附近，MgO、Al2O3与SiO2的微量波动将导致所合成的堇青石材料热膨胀系数显著变化；堇青石陶瓷材料的烧成区间较窄，适宜的烧成温度区间为1420-1450℃，保温时间为2-3h为宜；当烧成温度为1445℃、保温时间为2h时可获得最低热膨胀系数为1.42×10-6℃-1的堇青石质陶瓷材料。⑵TiCl4能够促进堇青石从低温型的β-堇青石晶相向更低热膨胀系数的高温型α-堇青石（印度石）晶相转变，从而降低堇青石陶瓷材料的热膨胀系数；当TiCl4的添加量为4wt％时，可以获得热膨胀系数最低为1.16×10-6℃-1的堇青石陶瓷材料；当添加量超过6.0wt%时，将导致高热膨胀的尖晶石与假蓝宝石晶相生成。⑶添加钛酸铝可有效降低堇青石陶瓷材料的热膨胀系数；提高成型压力有利于获得膨胀系数较小的钛酸铝-堇青石材料，但提高烧结温度和增加保温时间对降低膨胀系数不利。当钛酸铝含量为40wt%、成型压力为10MPa、烧成温度为1320℃、保温时间为1.0h时，可获得热膨胀系数最低为1.04×10-6/℃(20～800℃)的钛酸铝-堇青石复合陶瓷材料。⑷以合成的钛酸铝-堇青石复合材料为原料，添加适量添加剂使其塑性化后成功以挤压成型的方式获得了无明显缺陷的蜂窝陶瓷坯体，并在高温下烧结获得了高性能蜂窝陶瓷。当烧成温度为1320℃、保温时间为1h时，可获得显气孔率为41.3%、热膨胀系数为1.01×10-6℃-1的高性能钛酸铝-堇青石质蜂窝陶瓷。
- 作 者：
- 李俊
- 学科专业：
- 材料科学与工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 景德镇陶瓷学院
- 导师姓名：
- 周健儿肖卓豪
- 学位年度：
- 2016
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
